JP3175038B2 - Thermoelectric conversion module for power generation - Google Patents
Thermoelectric conversion module for power generationInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は発電用熱電変換モジュー
ルに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric conversion module for power generation.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、圧縮方式の冷凍冷蔵庫や空調機な
どの冷却システムに使用される冷却媒体として、クロロ
フルオロカーボン（ＣＦＣｓフロン）が主に使用されて
いる。しかしながら、クロロフルオロカーボンは、オゾ
ン層を破壊するということで、現在、地球的な社会問題
となっている。このようなクロロフルオロカーボンによ
る地球環境への悪影響を考慮して、１９９５年以降、ク
ロロフルオロカーボンを製造することを禁止することが
国連会議において決定された。これに対処するため、冷
凍冷蔵庫や空調機等を製造する各メーカでは、上記フロ
ンに代わる、いわゆる、地球にやさしい代替フロンを開
発したり、或いはフロンを使用する圧縮方式の冷却シス
テムに代わって、フロンを使用しない新しい冷却システ
ムを開発することが急務となっている。2. Description of the Related Art Conventionally, chlorofluorocarbon (CFCs Freon) has been mainly used as a cooling medium used in cooling systems such as compression refrigerators and air conditioners. However, chlorofluorocarbons are currently a global social problem because they destroy the ozone layer. In consideration of such adverse effects on the global environment by chlorofluorocarbons, the United Nations Conference has decided to prohibit the production of chlorofluorocarbons since 1995. To cope with this, manufacturers that manufacture refrigerators and air conditioners, etc., develop so-called earth-friendly alternatives to the above-mentioned CFCs instead of CFCs, or replace the compression-type cooling system using CFCs, There is an urgent need to develop a new refrigeration-free cooling system.
【０００３】このようなフロンを使用しない冷却システ
ムとして、最近、熱電子冷却方式の冷却システムが、フ
ロンを使用する従来の圧縮方式の冷却システムの代替シ
ステムとして、非常に有望視されている。何故なら、熱
電子冷却方式の冷却システムは、フロンを使用しないの
で、環境に対して非常にクリーンであり、地球環境を汚
染するという心配がないからである。[0003] As such a cooling system using no chlorofluorocarbon, a thermoelectric cooling type cooling system has recently been regarded as very promising as an alternative system to a conventional compression type cooling system using chlorofluorocarbon. This is because the thermoelectric cooling system does not use chlorofluorocarbons, so it is very clean for the environment and does not have to worry about polluting the global environment.
【０００４】この熱電子冷却方式の冷却システムにおい
ては、熱と電気との間の変換を行う熱電材料として、
（Ｂｉ，Ｓｂ）2 （Ｔｅ，Ｓｅ）3 系半導体化合物など
の優れた熱電子冷却特性を示す材料が使用されている。
この（Ｂｉ，Ｓｂ）2 （Ｔｅ，Ｓｅ）3 系半導体化合物
の単結晶材が低温度領域において優れた熱電特性をもつ
ことは、古くから知られている。しかしながら、この単
結晶材は、その結晶のＣ面内の結合力が弱く、劈開し易
いという欠陥をもっている。それ故に、（Ｂｉ，Ｓｂ）
2 （Ｔｅ，Ｓｅ）3 系半導体化合物の実用材としては、
溶成材や粉末焼結材が使用されている。[0004] In this thermoelectric cooling type cooling system, thermoelectric materials for converting between heat and electricity are used as:
Materials exhibiting excellent thermoelectron cooling characteristics such as (Bi, Sb) 2 (Te, Se) 3 -based semiconductor compounds are used.
It has long been known that a single crystal material of this (Bi, Sb) 2 (Te, Se) 3 -based semiconductor compound has excellent thermoelectric properties in a low temperature range. However, this single crystal material has a defect that the bonding force in the C plane of the crystal is weak and the crystal is easily cleaved. Therefore, (Bi, Sb)
Practical materials for 2 (Te, Se) 3 based semiconductor compounds include:
Infused materials and powder sintered materials are used.
【０００５】熱電子冷却方式の冷却システムは、単独の
熱電変換素子やそれを複数個組み合わせることによって
構成された熱電変換モジュールをその主要部品として含
んでいる。ここで、熱電変換素子とはゼーベック効果ま
たはペルチェ効果を利用した素子である。[0005] The thermoelectric cooling type cooling system includes, as its main components, a single thermoelectric conversion element or a thermoelectric conversion module configured by combining a plurality of thermoelectric conversion elements. Here, the thermoelectric conversion element is an element utilizing the Seebeck effect or the Peltier effect.
【０００６】周知のように、ゼーベック効果とは、２つ
の異なる金属などの導電材料（または半導体材料）で回
路を作り、その二つの接続点の温度を異なった温度にす
ると、閉回路に起電力を生じ電流が流れる現象（すなわ
ち、熱的エネルギーが電気的エネルギーに変換される現
象）のことをいい、熱電効果とも呼ばれる。このとき流
れる電流は熱電流と呼ばれ、この１組の導電材料（また
は半導体材料）は熱電対と呼ばれる。このゼーベック効
果を利用したものが熱電発電である。[0006] As is well known, the Seebeck effect means that when a circuit is formed from two different conductive materials (or semiconductor materials) such as metals and the temperature of the two connection points is set to different temperatures, an electromotive force is generated in a closed circuit. And a current flows (ie, a phenomenon in which thermal energy is converted into electrical energy), and is also called a thermoelectric effect. The current flowing at this time is called a thermal current, and this set of conductive materials (or semiconductor materials) is called a thermocouple. Thermoelectric power generation uses the Seebeck effect.
【０００７】一方、ペルチェ効果は、熱電効果とは逆の
現象で、熱電流が流れる方向に外部から電流を流すと、
熱電流が流れるときの高温の接点では熱の吸収が起こ
り、低温の接点では熱の発生が起きる現象（すなわち、
電気的エネルギーが熱的エネルギーに変換される現象）
のことをいう。このペルチェ効果を利用したものが熱電
冷却である。[0007] On the other hand, the Peltier effect is a phenomenon opposite to the thermoelectric effect.
A phenomenon in which heat is absorbed at a high-temperature contact when a heat current flows, and heat is generated at a low-temperature contact (i.e.,
A phenomenon in which electrical energy is converted to thermal energy)
Means Thermoelectric cooling uses the Peltier effect.
【０００８】近年、傾斜機能技術、スクリーン印刷等の
周辺技術の発展に伴い、熱電変換素子及び熱電変換モジ
ュールの製造技術は著しく発展してきている。In recent years, with the development of peripheral functions such as gradient function technology and screen printing, the technology for manufacturing thermoelectric conversion elements and thermoelectric conversion modules has been remarkably developed.
【０００９】図７に従来の熱電変換モジュールの構成を
示す。図示の熱電変換モジュールは、複数の半導体素子
材チップが平面上に配列されたチップ層３１を有する。
詳細に説明すると、図示のチップ層３１は４９個（図面
では５個のみ図示する）のＮ型半導体素子材チップ３１
ｎと、４９個（図面では５個のみ図示する）のＰ型半導
体素子材チップ３１ｐとを有し、これらは図面の左右お
よび手前奥行き方向に交互に所定距離離れて、図面の上
方から見たとき格子状に配置されている。但し、４隅の
内の２つは、外部に電力を供給したりあるいは外部から
直流を流すための一対の電極（図示せず）として使用さ
れるので、これらの位置には半導体素子材チップが存在
しない。FIG. 7 shows a configuration of a conventional thermoelectric conversion module. The illustrated thermoelectric conversion module has a chip layer 31 in which a plurality of semiconductor element material chips are arranged on a plane.
More specifically, the illustrated chip layer 31 has 49 (only five are shown in the drawing) N-type semiconductor element material chips 31.
n, and 49 (only five are shown in the drawing) P-type semiconductor element material chips 31p, which are alternately separated from each other by a predetermined distance in the left, right and front depth directions of the drawing when viewed from above the drawing. Sometimes they are arranged in a grid. However, two of the four corners are used as a pair of electrodes (not shown) for supplying electric power to the outside or passing a direct current from the outside. not exist.
【００１０】チップ層３１の上面および下面は、それぞ
れ、上半田層３２ｕおよび下半田層３２ｄによって、４
９枚（図面では５枚のみ図示する）の上金属セグメント
から成る上金属層３３ｕおよび５０枚（図面では６枚の
み図示する）の下金属セグメントから成る下金属層３３
ｄに接合されている。ここで、熱電変換モジュールを熱
電発電に使用する場合、チップ層３１の上面側の上金属
層３３ｕは、図示しない高熱源によって高温にされるの
で高温側接合金属層と呼ばれ、チップ層３１の下面側の
下金属層３３ｄは、図示しない低熱源によって低温にさ
れるので、低温側接合金属層と呼ばれる。The upper surface and the lower surface of the chip layer 31 are respectively connected by an upper solder layer 32u and a lower solder layer 32d.
An upper metal layer 33u composed of nine (only five shown in the drawing) upper metal segments and a lower metal layer 33 composed of 50 (only six shown in the drawing) lower metal segments
d. Here, when the thermoelectric conversion module is used for thermoelectric generation, the upper metal layer 33u on the upper surface side of the chip layer 31 is heated by a high heat source (not shown) and is called a high-temperature side bonding metal layer. The lower metal layer 33d is called a low-temperature-side bonding metal layer because the lower metal layer 33d is cooled by a low heat source (not shown).
【００１１】上金属層３３ｕおよび下金属層３３ｄ間に
挟まれた一対のＮ型半導体素子材チップ３１ｎおよびＰ
型半導体素子材チップ３１ｐによって、１個の熱電対
（熱電変換素子）が構成される。図７から明らかなよう
に、各熱電対（熱電変換素子）は、π字型の構造をして
いる。従って、図示の熱電気変換モジュールは各々がπ
字型構造を基本構造とした４９個の熱電対（熱電変換素
子）から成る。また、Ｎ型半導体素子材チップ３１ｎお
よびＰ型半導体素子材チップ３１ｐの各々は、熱電変換
用基本素子と呼ばれる。A pair of N-type semiconductor element material chips 31n and P sandwiched between an upper metal layer 33u and a lower metal layer 33d.
One thermocouple (thermoelectric conversion element) is constituted by the die semiconductor element material chip 31p. As is clear from FIG. 7, each thermocouple (thermoelectric conversion element) has a π-shaped structure. Therefore, each of the illustrated thermoelectric conversion modules is π
It consists of 49 thermocouples (thermoelectric conversion elements) whose basic structure is a letter-shaped structure. Each of the N-type semiconductor element material chip 31n and the P-type semiconductor element material chip 31p is called a thermoelectric conversion element.
【００１２】図７に示されるように、これら４９個の熱
電対は４９枚の上金属セグメントおよび５０枚の下金属
セグメントを介して電気的に直列に接続されている。ま
た、チップ層３１の上面側に上金属層（高温側接合金属
層）３３ｕが、下面側に下金属層（低温側接合金属層）
３３ｄが配置されるので、これら４９個の熱電対は熱的
に並列に配列されている。上金属層３３ｕの上面には、
傾斜機能技術等により銀ろう３４ｕを介して上絶縁薄板
３５ｕが固着されている。同様に、下金属層３３ｄの下
面には、傾斜機能技術等により銀ろう３４ｄを介して下
絶縁薄板３５ｄが固着されている。熱電変換モジュール
を熱電発電に使用する場合、上述したのと同じ理由によ
り、上絶縁薄板３５ｕおよび下絶縁薄板３５ｄは、それ
ぞれ、高温側絶縁薄板および低温側絶縁薄板と呼ばれ
る。このようにして、熱電変換モジュールは平板状に組
み立てられる。As shown in FIG. 7, these 49 thermocouples are electrically connected in series via 49 upper metal segments and 50 lower metal segments. An upper metal layer (high-temperature bonding metal layer) 33u is provided on the upper surface of the chip layer 31, and a lower metal layer (low-temperature bonding metal layer) is provided on the lower surface thereof.
Since 33d are arranged, these 49 thermocouples are thermally arranged in parallel. On the upper surface of the upper metal layer 33u,
The upper insulating thin plate 35u is fixed via a silver solder 34u by a gradient function technique or the like. Similarly, a lower insulating thin plate 35d is fixed to the lower surface of the lower metal layer 33d via a silver solder 34d by a gradient function technique or the like. When the thermoelectric conversion module is used for thermoelectric power generation, the upper insulating thin plate 35u and the lower insulating thin plate 35d are called a high-temperature insulating thin plate and a low-temperature insulating thin plate, respectively, for the same reason as described above. Thus, the thermoelectric conversion module is assembled in a flat plate shape.
【００１３】尚、後述するように、この熱電変換モジュ
ールを熱電発電に使用する場合には、下絶縁薄板（低温
側絶縁薄板）３５ｄを低温に保つ必要があり、また、熱
電変換モジュールを熱電冷却に使用する場合には、下絶
縁薄板３５ｄから発熱させる必要がある。そのため、図
７に示すように、一般的に、下絶縁薄板３５ｄの下面
に、グリース３６を介して放熱板３７が固着される。As will be described later, when this thermoelectric conversion module is used for thermoelectric generation, the lower insulating thin plate (low-temperature side insulating thin plate) 35d must be kept at a low temperature, and the thermoelectric conversion module must be thermoelectrically cooled. In this case, it is necessary to generate heat from the lower insulating thin plate 35d. Therefore, as shown in FIG. 7, a heat radiating plate 37 is generally fixed to the lower surface of the lower insulating thin plate 35d via the grease 36.
【００１４】このような構造の熱電変換モジュールを熱
電発電に使用する場合、高熱源によって上絶縁薄板（高
温側絶縁薄板）３５ｕを加熱し、かつ低熱源及び／又は
放熱板３７によって下絶縁薄板（低温側絶縁薄板）３５
ｄから放熱させる。これにより、高温側絶縁薄板３５ｕ
と低温側絶縁薄板３５ｄとの間に大きな温度差を与えて
発電機能（ゼーベック効果）を得る。このとき、上記一
対の電極に負荷を接続することにより、上金属セグメン
トおよび下金属セグメントの各々では、図７において、
右側から左側の方向に熱電流が流れ、負荷に電力を供給
することができる。When the thermoelectric conversion module having such a structure is used for thermoelectric generation, an upper insulating thin plate (high-temperature insulating thin plate) 35u is heated by a high heat source, and a lower insulating thin plate (or a heat insulating plate 37) is used by a low heat source and / or a radiating plate 37. Low temperature side insulating sheet) 35
Heat is released from d. Thereby, the high temperature side insulating thin plate 35u
And a low temperature side insulating thin plate 35d to provide a large temperature difference to obtain a power generation function (Seebeck effect). At this time, by connecting a load to the pair of electrodes, in each of the upper metal segment and the lower metal segment, in FIG.
Thermal current flows from the right side to the left side, and power can be supplied to the load.
【００１５】逆に、熱電変換モジュールを熱電冷却に使
用する場合、上記熱電流が流れる方向と同じ方向に外部
から一方の電極から他方の電極に直流を流す。すると、
上絶縁薄板３５ｕはその周囲から熱を吸収することによ
りその周囲を冷却し、下絶縁薄板３５ｄはその周囲に熱
を発生してその周囲を加熱する。このように、上絶縁薄
板３５ｕと下絶縁薄板３５ｄとの間に温度差を発生させ
ることにより冷却機能（ペルチェ効果）を得ることがで
きる。Conversely, when the thermoelectric conversion module is used for thermoelectric cooling, a direct current flows from one electrode to the other in the same direction as the direction in which the thermal current flows. Then
The upper insulating thin plate 35u absorbs heat from its surroundings to cool its surroundings, and the lower insulating thin plate 35d generates heat around its surroundings and heats its surroundings. Thus, a cooling function (Peltier effect) can be obtained by generating a temperature difference between the upper insulating thin plate 35u and the lower insulating thin plate 35d.
【００１６】[0016]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
熱電気変換モジュールは、構造的に、次に述べる様な欠
点をもっている。すなわち、チップ層３１と上金属層３
３ｕおよび下金属層３３ｄとが上半田層３２ｕおよび下
半田層３２ｄによって接合されていることに問題があ
る。本来、半田接合は、一旦、半田を凝固させた後は室
温近傍で、その接合機能を果たすように設計されてい
る。しかるに、上記従来の熱電変換モジュールの構造で
は、熱電発電として使用する場合、上述したように熱電
変換素子の両側（図７の上下側）にある高温側絶縁薄板
３５ｕ及び低温側絶縁薄板３５ｄ間に大きな温度差を与
えて発電機能（ゼーベック効果）を得、或いは熱電冷却
として使用する場合、上述したように４９個の熱電対に
直流を流して上絶縁薄板３５ｕ及び下絶縁薄板３５ｄ間
に温度差を発生させることにより冷却機能（ペルチェ効
果）を得ている。However, the conventional thermoelectric conversion module has the following structural disadvantages. That is, the chip layer 31 and the upper metal layer 3
There is a problem that 3u and the lower metal layer 33d are joined by the upper solder layer 32u and the lower solder layer 32d. Originally, the solder joint is designed to perform its joining function at around room temperature once the solder is solidified. However, in the structure of the conventional thermoelectric conversion module, when used as thermoelectric power generation, as described above, between the high-temperature side insulating thin plate 35u and the low-temperature side insulating thin plate 35d on both sides (upper and lower sides in FIG. 7) of the thermoelectric conversion element. When a large temperature difference is given to obtain a power generation function (Seebeck effect) or used as thermoelectric cooling, as described above, a direct current is applied to 49 thermocouples to cause a temperature difference between the upper insulating thin plate 35u and the lower insulating thin plate 35d. , A cooling function (Peltier effect) is obtained.
【００１７】周知のように、上半田層３２ｕおよび下半
田層３２ｄに使用される半田は、鉛（Ｐｂ）及び錫（Ｓ
ｎ）を主成分とし、その共晶点（錫６３重量％，鉛３７
重量％）近傍の組成を持ち、それらが細かく分散された
層状組織をもっている。ところが、上記構造の熱電変換
モジュールでは、熱電発電として使用する場合には高温
側接合金属３３ｕ側の上半田層３２ｕが、熱電冷却とし
て使用する場合には下金属層３３ｄ側の下半田層３２ｄ
が、長時間、半田の融点（約１８３℃）直下温度に保持
される場合がある。このような場合、その温度に保持さ
れた半田の層状組織は粗大化し、その半田の形状が変形
することは、半田の特性を示す状態図からみて十分に考
えられ得る。チップ層３１と上金属層３３ｕ又は下金属
層３３ｄとの間の個々の接合層で生じる上半田層３２ｕ
または下半田層３３ｄの層状組織の変化は、チップ層３
１を構成するＮ型半導体素子材チップ３１ｎおよびＰ型
半導体素子材チップ３１ｐと上金属層３３ｕ及び下金属
層３３ｄを構成する金属セグメントと間の半田接合層
（上半田層３２ｕおよび下半田層３２ｄ）に不均一な熱
剪断応力を加えることになる。これが、熱電変換用基本
素子の劈開及び破壊の原因をつくることなり、熱電特性
に影響を与えてしまう。As is well known, the solder used for the upper solder layer 32u and the lower solder layer 32d is composed of lead (Pb) and tin (S
n) as a main component and its eutectic point (63% by weight of tin, 37% of lead)
Wt%), and they have a finely dispersed layered structure. However, in the thermoelectric conversion module having the above structure, the upper solder layer 32u on the high-temperature side joining metal 33u side is used for thermoelectric generation, and the lower solder layer 32d on the lower metal layer 33d side is used for thermoelectric cooling.
However, in some cases, the temperature may be maintained at a temperature just below the melting point of solder (about 183 ° C.) for a long time. In such a case, the layered structure of the solder held at that temperature becomes coarse, and the deformation of the shape of the solder can be sufficiently considered from the state diagram showing the characteristics of the solder. Upper solder layer 32u generated in each bonding layer between chip layer 31 and upper metal layer 33u or lower metal layer 33d.
Alternatively, the change in the layer structure of the lower solder layer 33d is
1 and N-type semiconductor element material chips 31n and P-type semiconductor element material chips 31p and the metal segments constituting the upper metal layer 33u and the lower metal layer 33d (the upper solder layer 32u and the lower solder layer 32d). ) Will be subjected to uneven thermal shear stress. This causes cleavage and destruction of the basic element for thermoelectric conversion, which affects thermoelectric properties.
【００１８】また、従来の構造の熱電変換モジュールを
熱電発電に使用する場合において、高熱源として太陽輻
射熱を利用した場合、上金属層（高温側接合金属）３３
ｕを効率良く加熱することができず、所望の温度差を得
ることができないという問題点がある。When a thermoelectric conversion module having a conventional structure is used for thermoelectric generation, when solar radiation heat is used as a high heat source, an upper metal layer (high-temperature side joining metal) 33 is used.
u cannot be efficiently heated, and a desired temperature difference cannot be obtained.
【００１９】本発明の課題は、高熱源として太陽輻射熱
を利用した場合に、効率良く高温側金属層を加熱するこ
とができる発電用熱電変換モジュールを提供することに
ある。An object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion module for power generation that can efficiently heat a high-temperature side metal layer when solar radiation heat is used as a high heat source.
【００２０】[0020]
【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様によ
れば、複数個の熱電変換素子を電気的には直列にかつ熱
的には並列に結合してなる熱電変換本体と、該熱電変換
本体をその両端面で挟む高温側金属製熱伝達板および低
温側金属製熱伝達板とを有する発電用熱電変換モジュー
ルにおいて、前記熱電変換素子として、Ｎ型熱電半導体
素子の両端面を螺子孔をもつ金属ブロックで挟み接合し
てなるＮ型熱電変換素子とＰ型熱電半導体素子の両端面
を螺子孔をもつ金属ブロックで挟み接合してなるＰ型熱
電変換素子とを含み、前記熱電変換本体は、前記複数個
の熱電変換素子を、それらを間に挟んだ状態で、電気的
に結合する複数枚の金属セグメントと；前記複数個の熱
電変換素子を前記複数枚の金属セグメントに固定するた
めの複数個の固定螺子とを有し、前記複数枚の金属セグ
メントの各々には前記固定螺子の螺子部を通すための貫
通孔が空けられており、前記高温側金属製熱伝達板およ
び前記低温側金属製熱伝達板の各々には前記複数の固定
螺子の頭部を収容するための複数の収容孔が空けられて
おり、前記高温側金属製熱伝達板と前記熱電変換本体と
の間および前記低温側金属製熱伝達板と前記熱電変換本
体との間にはそれぞれ絶縁シートが挟まれていることを
特徴とする発電用熱電変換モジュールが得られる。本発
明の第２の態様によれば、複数個の熱電変換素子を電気
的には直列にかつ熱的には並列に結合してなる熱電変換
本体と、該熱電変換本体をその両端面で挟む高温側金属
製熱伝達板および低温側金属製熱伝達板とを有する発電
用熱電変換モジュールにおいて、前記熱電変換素子とし
て、Ｎ型熱電半導体素子とＰ型熱電半導体素子との一対
を、螺子孔をもつ１枚の素子内金属セグメントと２個の
金属ブロックとで挟み接合してなる熱電変換素子を含
み、前記熱電変換本体は、前記素子内金属セグメントと
は対向する側で前記複数個の熱電変換素子を電気的に結
合する複数枚の素子外金属セグメントと；前記複数個の
熱電変換素子を前記複数枚の素子外金属セグメントに固
定するための複数個の第１の固定螺子とを有し、前記複
数枚の素子外金属セグメントの各々には前記固定螺子の
螺子部を通すための貫通孔が空けられており、前記高温
側金属製熱伝達板には前記複数の第１の固定螺子の頭部
を収容するための複数の第１の収容孔が空けられてお
り、前記素子内金属セグメントと前記低温側金属製熱伝
達板とは複数個の第２の固定螺子で固定され、前記低温
側金属製熱伝達板には前記複数個の第２の固定螺子の頭
部を収容するための複数の第２の収容孔が空けられてお
り、前記高温側金属製熱伝達板と前記熱電変換本体との
間および前記低温側金属製熱伝達板と前記熱電変換本体
との間にはそれぞれ絶縁シートが挟まれていることを特
徴とする発電用熱電変換モジュールが得られる。本発明
の第３の態様によれば、複数個の熱電変換素子を電気的
には直列にかつ熱的には並列に結合してなる熱電変換本
体と、該熱電変換本体をその両端面で挟む高温側金属製
熱伝達板および低温側金属製熱伝達板とを有する発電用
熱電変換モジュールにおいて、前記熱電変換素子とし
て、一端面で互いに接触したＮ型熱電半導体素子とＰ型
熱電半導体素子の他端面を螺子孔をもつ金属ブロックで
挟み接合してなる熱電変換素子を含み、前記熱電変換本
体は、前記複数個の熱電変換素子を、それらを間に挟ん
だ状態で、電気的に結合する複数枚の金属セグメント
と；前記複数個の熱電変換素子を前記複数枚の金属セグ
メントに固定するための複数個の固定螺子とを有し、前
記複数枚の金属セグメントの各々には前記固定螺子の螺
子部を通すための貫通孔が空けられており、前記高温側
金属製熱伝達板および前記低温側金属製熱伝達板の各々
には前記複数の固定螺子の頭部を収容するための複数の
収容孔が空けられており、前記高温側金属製熱伝達板と
前記熱電変換本体との間および前記低温側金属製熱伝達
板と前記熱電変換本体との間にはそれぞれ絶縁シートが
挟まれていることを特徴とする発電用熱電変換モジュー
ルが得られる。上記第１乃至第３の態様による発電用熱
電変換モジュールは、前記高温側金属製熱伝達板に取り
付けられた集熱手段を有する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a thermoelectric conversion body comprising a plurality of thermoelectric conversion elements electrically connected in series and thermally in parallel; In a thermoelectric conversion module for power generation having a high-temperature-side metal heat transfer plate and a low-temperature-side metal heat transfer plate sandwiching a thermoelectric conversion body between both end surfaces, both ends of an N-type thermoelectric semiconductor element are screwed as the thermoelectric conversion elements. P-type heat both end surfaces of the N-type thermoelectric conversion element and the P-type thermoelectric semiconductor elements formed by joining sandwiched between metal block having a hole formed by joining sandwiched between metal block with a screw hole
And a photoelectric conversion element, the thermoelectric conversion body, the plurality of thermoelectric conversion elements, they state sandwiching the between, a plurality of metal segments and electrically coupled; said plurality of thermoelectric conversion elements A plurality of fixing screws for fixing to the plurality of metal segments, and each of the plurality of metal segments is provided with a through hole for passing a screw portion of the fixing screw, Each of the high-temperature-side metal heat transfer plate and the low-temperature-side metal heat transfer plate has a plurality of accommodation holes for accommodating the heads of the plurality of fixing screws. An insulating sheet is interposed between the transmission plate and the thermoelectric conversion main body and between the low-temperature-side metal heat transfer plate and the thermoelectric conversion main body, thereby obtaining a thermoelectric conversion module for power generation. . According to the second aspect of the present invention, a thermoelectric conversion body in which a plurality of thermoelectric conversion elements are electrically connected in series and thermally in parallel, and the thermoelectric conversion body is sandwiched between both end surfaces thereof In the thermoelectric conversion module for power generation having a high-temperature-side metal heat transfer plate and a low-temperature-side metal heat transfer plate, a pair of an N-type thermoelectric semiconductor element and a P-type thermoelectric semiconductor element is used as the thermoelectric conversion element. A thermoelectric conversion element that is sandwiched and joined between one metal segment in the element and two metal blocks, wherein the thermoelectric conversion main body includes the plurality of thermoelectric conversion elements on a side facing the metal segment in the element. A plurality of external element metal segments for electrically coupling elements; and a plurality of first fixing screws for fixing the plurality of thermoelectric conversion elements to the plurality of external element metal segments, The plurality of outer metal elements Each of the segments is provided with a through hole for passing the screw portion of the fixing screw, and the high-temperature side metal heat transfer plate is provided with a plurality of heads for accommodating the heads of the plurality of first fixing screws. A first accommodation hole is formed, and the metal segment in the element and the low-temperature side metal heat transfer plate are fixed with a plurality of second fixing screws. A plurality of second accommodation holes for accommodating heads of the plurality of second fixing screws are provided, and a plurality of second accommodation holes are provided between the high-temperature-side metal heat transfer plate and the thermoelectric conversion main body and the low-temperature side. An insulating sheet is sandwiched between the metal heat transfer plate and the thermoelectric conversion body, thereby obtaining a thermoelectric conversion module for power generation. According to the third aspect of the present invention, a thermoelectric conversion body in which a plurality of thermoelectric conversion elements are electrically connected in series and thermally in parallel, and the thermoelectric conversion body is sandwiched between both end surfaces thereof In the thermoelectric conversion module for power generation having a high-temperature-side metal heat transfer plate and a low-temperature-side metal heat transfer plate, the thermoelectric conversion element may include an N-type thermoelectric semiconductor element and a P-type thermoelectric semiconductor element that are in contact with each other at one end surface. A thermoelectric conversion element comprising an end face sandwiched and joined by a metal block having a screw hole, wherein the thermoelectric conversion body electrically connects the plurality of thermoelectric conversion elements with the thermoelectric conversion elements interposed therebetween; A plurality of metal segments; and a plurality of fixing screws for fixing the plurality of thermoelectric conversion elements to the plurality of metal segments. Each of the plurality of metal segments has a screw of the fixing screw. To pass the department A through hole is provided, and a plurality of accommodation holes for accommodating heads of the plurality of fixing screws are provided in each of the high-temperature-side metal heat transfer plate and the low-temperature-side metal heat transfer plate. An insulating sheet is interposed between the high-temperature-side metal heat transfer plate and the thermoelectric conversion body and between the low-temperature-side metal heat transfer plate and the thermoelectric conversion body. A thermoelectric conversion module for power generation is obtained. The thermoelectric conversion module for power generation according to the first to third aspects has a heat collecting means attached to the high-temperature-side metal heat transfer plate.
【００２１】[0021]
【作用】本発明では、高温側金属製熱伝達板に集熱手段
を取り付けたので、太陽の輻射熱（赤外線及び遠赤外
線）を効率良く吸収させることができる。これにより、
発電効率の高い発電用熱電変換モジュールを提供するこ
とできる。According to the present invention, since the heat collecting means is attached to the high-temperature side metal heat transfer plate, the radiant heat of the sun (infrared rays and far infrared rays) can be efficiently absorbed. This allows
A thermoelectric conversion module for power generation with high power generation efficiency can be provided.
【００２２】[0022]
【実施例】次に、本発明について実施例に基づいて説明
する。Next, the present invention will be described based on embodiments.
【００２３】図１に本発明の第１の実施例による発電用
熱電変換モジュールの概略構成を示す。図示の発電用熱
電変換モジュールは、複数個の熱電変換素子（後述す
る）を電気的には直列にかつ熱的には並列に結合してな
る熱電変換本体１０と、この熱電変換本体１０をその両
端面で挟む高温側金属製熱伝達板２０および低温側金属
製熱伝達板２２とを有する。本実施例では、高温側金属
製熱伝達板２０に複数個の集熱レンズ２１が取り付けら
れている。FIG. 1 shows a schematic configuration of a thermoelectric conversion module for power generation according to a first embodiment of the present invention. The illustrated thermoelectric conversion module for power generation includes a thermoelectric conversion body 10 in which a plurality of thermoelectric conversion elements (described later) are electrically connected in series and thermally in parallel, and It has a high-temperature-side metal heat transfer plate 20 and a low-temperature-side metal heat transfer plate 22 sandwiched between both end surfaces. In this embodiment, a plurality of heat collecting lenses 21 are attached to the high-temperature side metal heat transfer plate 20.
【００２４】高温側金属製熱伝達板２０と低温側金属製
熱伝達板２２とは、それらの隅でボルト２３とナット２
４によって固定され、互いに近接する方向に押圧されて
いる。すなわち、ボルト２３とナット２４の組合わせ
は、高温側金属製熱伝達板２０と低温側金属製熱伝達板
２２とを互いに近接する方向に押圧する押圧手段として
働く。The high-temperature-side metal heat transfer plate 20 and the low-temperature-side metal heat transfer plate 22 have bolts 23 and nuts 2 at their corners.
4 and pressed in directions approaching each other. That is, the combination of the bolt 23 and the nut 24 functions as a pressing unit that presses the high-temperature-side metal heat transfer plate 20 and the low-temperature-side metal heat transfer plate 22 in directions approaching each other.
【００２５】次に、熱電変換本体１０の構造について説
明する。熱電変換本体１０では、熱電変換素子として、
Ｎ型熱電半導体素子１１ｎの両端面を螺子孔をもつ金属
ブロック１２で挟み接合してなるＮ型熱電変換素子と、
Ｐ型熱電半導体素子１１ｐの両端面を螺子孔をもつ金属
ブロック１２で挟み接合してなるＰ型熱電変換素子とを
含む。熱電変換本体１０は、複数個の熱電変換素子を、
それらを間に挟んだ状態で、電気的に結合する複数枚の
金属セグメント１３と、複数個の熱電変換素子を複数枚
の金属セグメント１３に固定するための複数個の固定螺
子１４ａ、１４ｂとを有する。複数枚の金属セグメント
１３の各々には固定螺子１４ａ、１４ｂの螺子部を通す
ための貫通孔が空けられている。なお、熱電変換本体１
０の端部に設けられた金属セグメント１３ａは電極とし
て使用される。Next, the structure of the thermoelectric conversion body 10 will be described. In the thermoelectric conversion body 10, as a thermoelectric conversion element,
An N-type thermoelectric conversion element in which both end surfaces of the N-type thermoelectric semiconductor element 11n are sandwiched and joined by a metal block 12 having a screw hole;
And a P-type thermoelectric conversion element in which both end faces of the P-type thermoelectric semiconductor element 11p are sandwiched and joined by a metal block 12 having screw holes. The thermoelectric conversion body 10 includes a plurality of thermoelectric conversion elements,
A plurality of metal segments 13 electrically connected to each other and a plurality of fixing screws 14a and 14b for fixing a plurality of thermoelectric conversion elements to the plurality of metal segments 13 are sandwiched therebetween. Have. Each of the plurality of metal segments 13 is provided with a through hole for passing the screw portion of the fixing screw 14a, 14b. The thermoelectric conversion body 1
The metal segment 13a provided at the end of the zero is used as an electrode.
【００２６】高温側金属製熱伝達板２０および低温側金
属製熱伝達板２２には、それぞれ、複数の固定螺子１４
ａ，１４ｂの頭部を収容するための複数の収容孔２０
ａ，２２ａが空けられている。高温側金属製熱伝達板２
０と熱電変換本体１０との間および低温側金属製熱伝達
板２２と熱電変換本体１０との間にはそれぞれ絶縁シー
ト２５が挟まれている。Each of the high-temperature side metal heat transfer plate 20 and the low-temperature side metal heat transfer plate 22 has a plurality of fixing screws 14.
a, a plurality of receiving holes 20 for receiving the heads 14b
a and 22a are open. High-temperature side metal heat transfer plate 2
An insulating sheet 25 is interposed between the thermoelectric conversion body 10 and the low-temperature side metal heat transfer plate 22 and the thermoelectric conversion main body 10, respectively.
【００２７】上記複数個の集熱レンズ２１は高温側金属
製熱伝達板２０の複数の収容孔２０ａを覆うように設け
られている。この集熱レンズ２１を用いて太陽光（太陽
輻射熱）を集め、高温側金属製熱伝達板２０側の金属セ
グメント１３へ効率良く、太陽輻射熱を伝達することが
できる。The plurality of heat collecting lenses 21 are provided so as to cover the plurality of accommodation holes 20a of the high-temperature side metal heat transfer plate 20. Using this heat collection lens 21, sunlight (solar radiation heat) can be collected and the solar radiation heat can be efficiently transmitted to the metal segments 13 on the high-temperature side metal heat transfer plate 20 side.
【００２８】図２を参照すると、本発明の第２の実施例
による発電用熱電変換モジュールは、集熱手段として集
熱レンズ２１の代わりに熱吸収膜２１ａを使用している
点を除いて、図１に示したものと同様の構成を有する。
熱吸収膜２１ａとしては、例えば、白金黒のような膜を
使用することができる。このような熱吸収膜２１ａを高
温側金属製熱伝達板２０上に被膜することによって、高
温側金属製熱伝達板２０での太陽輻射熱の吸収率を高め
ることができる。したがって、上記第１の実施例の場合
の同様に、熱吸収膜２１ａを用いて太陽輻射熱を集め、
高温側金属製熱伝達板２０側の金属セグメント１３へ効
率良く、太陽輻射熱を伝達することができる。Referring to FIG. 2, the thermoelectric conversion module for power generation according to the second embodiment of the present invention uses a heat absorbing film 21a instead of the heat collecting lens 21 as a heat collecting means. It has a configuration similar to that shown in FIG.
As the heat absorbing film 21a, for example, a film such as platinum black can be used. By coating such a heat absorbing film 21 a on the high-temperature side metal heat transfer plate 20, it is possible to increase the absorptivity of solar radiation heat in the high-temperature side metal heat transfer plate 20. Therefore, as in the case of the first embodiment, the solar radiation heat is collected using the heat absorbing film 21a,
The solar radiation heat can be efficiently transmitted to the metal segments 13 on the high-temperature side metal heat transfer plate 20 side.
【００２９】図３を参照すると、本発明の第３の実施例
による発電用熱電変換モジュールは、熱電変換本体の構
成が相違している点を除いて、図１に示したものと同様
の構成を有する。したがって、熱電変換本体を１０ａで
図示している。Referring to FIG. 3, the thermoelectric conversion module for power generation according to the third embodiment of the present invention has the same configuration as that shown in FIG. 1 except that the configuration of the thermoelectric conversion body is different. Having. Therefore, the thermoelectric conversion main body is illustrated by 10a.
【００３０】熱電変換本体１０ａでは、熱電変換素子と
して、Ｎ型熱電半導体素子１１ａとＰ型熱電半導体素子
１１ｐとの一対を、螺子孔をもつ１枚の素子内金属セグ
メント１３Ａと２個の金属ブロック１２とで挟み接合し
てなる熱電変換素子を含む。In the thermoelectric conversion body 10a, a pair of an N-type thermoelectric semiconductor element 11a and a P-type thermoelectric semiconductor element 11p is used as a thermoelectric conversion element by a single elemental metal segment 13A having screw holes and two metal blocks. 12 and a thermoelectric conversion element sandwiched and joined.
【００３１】熱電変換本体１０ａは、素子内金属セグメ
ント１３Ａとは対向する側で複数個の熱電変換素子を電
気的に結合する複数枚の素子外金属セグメント１３と，
複数個の熱電変換素子を複数枚の素子外金属セグメント
１３に固定するための複数個の第１の固定螺子１４ａと
を有する。素子内金属セグメント１３Ａと低温側金属製
熱伝達板２２とは複数個の第２の固定螺子１４ｂで固定
されている。The thermoelectric conversion body 10a includes a plurality of outer element metal segments 13 for electrically connecting a plurality of thermoelectric conversion elements on the side facing the inner metal segment 13A;
A plurality of first fixing screws a for fixing the plurality of thermoelectric conversion elements to the plurality of external metal segments 13; The in-element metal segment 13A and the low-temperature side metal heat transfer plate 22 are fixed by a plurality of second fixing screws 14b.
【００３２】このような構造を有する発電用熱電変換モ
ジュールは、上記第１の実施例の場合の同様に、集熱レ
ンズ２１を用いて太陽輻射熱を集め、高温側金属製熱伝
達板２０側の金属セグメント１３へ効率良く、太陽輻射
熱を伝達することができる。The thermoelectric conversion module for power generation having such a structure collects solar radiation heat by using the heat collecting lens 21 as in the case of the first embodiment, and forms the heat transfer plate 20 on the high-temperature side metal heat transfer plate 20 side. The solar radiation heat can be efficiently transmitted to the metal segments 13.
【００３３】図４を参照すると、本発明の第４の実施例
による発電用熱電変換モジュールは、集熱手段として集
熱レンズ２１の代わりに熱吸収膜２１ａを使用している
点を除いて、図３に示したものと同様の構成を有する。
このような構造を有する発電用熱電変換モジュールは、
上記第２の実施例の場合の同様に、熱吸収膜２１ａを用
いて太陽輻射熱を集め、高温側金属製熱伝達板２０側の
金属セグメント１３へ効率良く、太陽輻射熱を伝達する
ことができる。Referring to FIG. 4, the thermoelectric conversion module for power generation according to the fourth embodiment of the present invention uses a heat absorbing film 21a instead of the heat collecting lens 21 as heat collecting means. It has a configuration similar to that shown in FIG.
The thermoelectric conversion module for power generation having such a structure,
As in the case of the second embodiment, the solar radiation heat can be collected by using the heat absorbing film 21a, and the solar radiation heat can be efficiently transmitted to the metal segment 13 on the high-temperature side metal heat transfer plate 20 side.
【００３４】図５を参照すると、本発明の第４の実施例
による発電用熱電変換モジュールは、熱電変換本体の構
成が相違している点を除いて、図１および図３に示した
ものと同様の構成を有する。したがって、熱電変換本体
を１０ｂで図示している。Referring to FIG. 5, the thermoelectric conversion module for power generation according to the fourth embodiment of the present invention is different from that shown in FIGS. 1 and 3 except that the configuration of the thermoelectric conversion body is different. It has a similar configuration. Therefore, the thermoelectric conversion main body is illustrated by 10b.
【００３５】熱電変換本体１０ｂでは、熱電変換素子と
して、一端面で互いに接触したＮ型熱電半導体素子１１
ｎとＰ型熱電半導体素子１１ｐの他端面を螺子孔をもつ
金属ブロック１２で挟み接合してなる熱電変換素子を含
む。In the thermoelectric conversion body 10b, N-type thermoelectric semiconductor elements 11 contacting each other at one end face are used as thermoelectric conversion elements.
A thermoelectric conversion element formed by sandwiching and bonding the n and the other end surface of the P-type thermoelectric semiconductor element 11p with a metal block 12 having a screw hole.
【００３６】このような構造を有する発電用熱電変換モ
ジュールは、上記第１の実施例の場合の同様に、集熱レ
ンズ２１を用いて太陽輻射熱を集め、高温側金属製熱伝
達板２０側の金属セグメント１３へ効率良く、太陽輻射
熱を伝達することができる。The thermoelectric conversion module for power generation having such a structure collects solar radiation heat by using the heat collection lens 21 as in the case of the first embodiment, and forms the heat transfer plate 20 on the high-temperature side metal heat transfer plate 20 side. The solar radiation heat can be efficiently transmitted to the metal segments 13.
【００３７】図６を参照すると、本発明の第６の実施例
による発電用熱電変換モジュールは、集熱手段として集
熱レンズ２１の代わりに熱吸収膜２１ａを使用している
点を除いて、図５に示したものと同様の構成を有する。
このような構造を有する発電用熱電変換モジュールも、
上記第２の実施例の場合の同様に、熱吸収膜２１ａを用
いて太陽輻射熱を集め、高温側金属製熱伝達板２０側の
金属セグメント１３へ効率良く、太陽輻射熱を伝達する
ことができる。Referring to FIG. 6, the thermoelectric conversion module for power generation according to the sixth embodiment of the present invention uses a heat absorbing film 21a instead of the heat collecting lens 21 as a heat collecting means. It has a configuration similar to that shown in FIG.
Thermoelectric conversion modules for power generation having such a structure are also
As in the case of the second embodiment, the solar radiation heat can be collected by using the heat absorbing film 21a, and the solar radiation heat can be efficiently transmitted to the metal segment 13 on the high-temperature side metal heat transfer plate 20 side.
【００３８】尚、上記実施例では、Ｎ型熱電半導体素子
１１ｎの熱電材料としてＢｉ2 （Ｔｅ，Ｓｅ）3 を主成
分とするＮ型半導体化合物を、Ｐ型熱電半導体素子１１
ｐの熱電材料として（Ｂｉ，Ｓｂ）2 Ｔｅ3 を主成分と
するＰ型半導化合物を、それぞれ使用し、Ｎ型半導体化
合物およびＰ型半導化合物として、それぞれ、下記の化
学式１および化学式２で表される単結晶材を使用した。In the above embodiment, an N-type semiconductor compound mainly composed of Bi 2 (Te, Se) 3 is used as a thermoelectric material of the N-type thermoelectric semiconductor element 11n.
A p-type semiconducting compound containing (Bi, Sb) 2 Te 3 as a main component is used as a thermoelectric material of p, respectively, and as an n-type semiconducting compound and a p-type semiconducting compound, the following chemical formulas 1 and 2 Was used.
【００３９】[0039]
【化１】 Embedded image
【００４０】[0040]
【化２】 Embedded image
【００４１】本発明は上記実施例に限定せず、本発明の
趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更・変形が可能なの
は勿論である。例えば、集熱手段は上記集熱レンズや熱
吸収膜に限定しないのは勿論である。The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the heat collecting means is not limited to the heat collecting lens or the heat absorbing film.
【００４２】[0042]
【発明の効果】このように本発明は、高温側金属製熱伝
達板に集熱手段を取り付けたので、太陽の輻射熱（赤外
線及び遠赤外線）を効率良く吸収させることができる。
これにより、発電効率の高い発電用熱電変換モジュール
を提供することできる。As described above, according to the present invention, since the heat collecting means is attached to the high-temperature side metal heat transfer plate, the radiant heat of the sun (infrared rays and far infrared rays) can be efficiently absorbed.
Thereby, a thermoelectric conversion module for power generation with high power generation efficiency can be provided.
【図１】本発明の第１の実施例による発電用熱電変換モ
ジュールの概略構成を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a thermoelectric conversion module for power generation according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施例による発電用熱電変換モ
ジュールの概略構成を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of a thermoelectric conversion module for power generation according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第３の実施例による発電用熱電変換モ
ジュールの概略構成を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a schematic configuration of a thermoelectric conversion module for power generation according to a third embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第４の実施例による発電用熱電変換モ
ジュールの概略構成を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a schematic configuration of a thermoelectric conversion module for power generation according to a fourth embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第５の実施例による発電用熱電変換モ
ジュールの概略構成を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a schematic configuration of a thermoelectric conversion module for power generation according to a fifth embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第６の実施例による発電用熱電変換モ
ジュールの概略構成を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a schematic configuration of a thermoelectric conversion module for power generation according to a sixth embodiment of the present invention.
【図７】従来の熱電気変換モジュールの構成を示す断面
図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional thermoelectric conversion module.
１０，１０ａ，１０ｂ 熱電変換本体 １１ｎ Ｎ型熱電半導体素子 １１ｐ Ｐ型熱電半導体素子 １２ 金属ブロック １３ 金属セグメント（素子外金属セグメント） １３ａ 金属セグメント（電極） １３Ａ 素子内金属セグメント １４ａ，１４ｂ 固定螺子 ２０ 高温側金属製熱伝達板 ２０ａ 収容孔 ２１ 集熱レンズ ２１ａ 熱吸収膜 ２２ 低温側金属製熱伝達板 ２２ａ 収容孔 ２３ ボルト ２４ ナット ２５ 絶縁シート 10, 10a, 10b Thermoelectric conversion body 11n N-type thermoelectric semiconductor element 11p P-type thermoelectric semiconductor element 12 Metal block 13 Metal segment (external metal segment) 13a Metal segment (electrode) 13A Metal segment in element 14a, 14b Fixed screw 20 High temperature Side metal heat transfer plate 20a Housing hole 21 Heat collecting lens 21a Heat absorbing film 22 Low temperature side metal heat transfer plate 22a Housing hole 23 Bolt 24 Nut 25 Insulation sheet
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 利三郎 宮城県仙台市青葉区八幡３丁目７−15 (72)発明者 久保木 實 宮城県仙台市泉区加茂４丁目６番３号 (72)発明者 増本 健 宮城県仙台市青葉区上杉三丁目８番22号 (72)発明者 金子 武次郎 宮城県仙台市青葉区旭ヶ丘３丁目13番８ 号 (72)発明者 中川 康昭 宮城県仙台市青葉区八幡４丁目８番６号 (56)参考文献 特開 平４−114485（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−67888（ＪＰ，Ａ) 実公 昭40−4583（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 35/30 H01L 35/32 Continuation of the front page (72) Inventor Risaburo Sato 3-7-15-1 Yawata, Aoba-ku, Sendai-shi, Miyagi (72) Inventor Minoru Kubo 4-63-3 Kamo, Izumi-ku, Sendai-shi, Miyagi (72) Inventor Masumoto Ken 3-28-8 Uesugi, Aoba-ku, Sendai, Miyagi Prefecture (72) Inventor Takejiro Kaneko 3-138, Asahigaoka, Aoba-ku, Sendai, Miyagi Prefecture (72) Yasuaki Nakagawa 4-chome, Yawata, Aoba-ku, Sendai, Miyagi Prefecture No. 8-6 (56) References JP-A-4-114485 (JP, A) JP-A-62-67888 (JP, A) JP-A-40-4583 (JP, Y1) (58) Fields studied (Int .Cl. 7 , DB name) H01L 35/30 H01L 35/32
Claims (15)
にかつ熱的には並列に結合してなる熱電変換本体と、該
熱電変換本体をその両端面で挟む高温側金属製熱伝達板
および低温側金属製熱伝達板とを有する発電用熱電変換
モジュールにおいて、 前記熱電変換素子として、Ｎ型熱電半導体素子の両端面
を螺子孔をもつ金属ブロックで挟み接合してなるＮ型熱
電変換素子とＰ型熱電半導体素子の両端面を螺子孔をも
つ金属ブロックで挟み接合してなるＰ型熱電変換素子と
を含み、 前記熱電変換本体は、前記複数個の熱電変換素子を、そ
れらを間に挟んだ状態で、電気的に結合する複数枚の金
属セグメントと；前記複数個の熱電変換素子を前記複数
枚の金属セグメントに固定するための複数個の固定螺子
とを有し、前記複数枚の金属セグメントの各々には前記
固定螺子の螺子部を通すための貫通孔が空けられてお
り、 前記高温側金属製熱伝達板および前記低温側金属製熱伝
達板の各々には前記複数の固定螺子の頭部を収容するた
めの複数の収容孔が空けられており、前記高温側金属製
熱伝達板と前記熱電変換本体との間および前記低温側金
属製熱伝達板と前記熱電変換本体との間にはそれぞれ絶
縁シートが挟まれていることを特徴とする発電用熱電変
換モジュール。1. A thermoelectric conversion main body in which a plurality of thermoelectric conversion elements are electrically connected in series and thermally in parallel, and a high-temperature-side metal heat transfer sandwiching the thermoelectric conversion main body at both ends. in the power generating thermoelectric conversion module having a plate and a cold side metallic heat transfer plates, as the thermoelectric conversion element, the N-type heat formed by joining sandwiching both end faces of the N-type thermoelectric semiconductor elements in a metal block with a screw hole
And a P-type thermoelectric conversion element the end faces of the photoelectric conversion element and the P-type thermoelectric semiconductor elements formed by joining sandwiched between metal block with a screw hole, the thermoelectric conversion body, the plurality of thermoelectric conversion elements, they A plurality of metal segments electrically coupled to each other, and a plurality of fixing screws for fixing the plurality of thermoelectric conversion elements to the plurality of metal segments, Each of the plurality of metal segments is provided with a through hole for passing a screw portion of the fixing screw, and each of the high-temperature-side metal heat transfer plate and the low-temperature-side metal heat transfer plate has the plurality of metal segments. A plurality of accommodation holes for accommodating the heads of the fixing screws are provided between the high-temperature-side metal heat transfer plate and the thermoelectric conversion body, and between the low-temperature-side metal heat transfer plate and the thermoelectric conversion body. Insulation between each unit Thermoelectric conversion module for power generation, wherein the bets are sandwiched.
れた集熱手段を有することを特徴とする請求項１記載の
発電用熱電変換モジュール。2. A thermoelectric conversion module <br/> generator according to claim 1, characterized in that it has a heat-collecting means mounted on the hot side metallic heat transfer plate.
金属製熱伝達板とを互いに近接する方向に押圧する押圧
手段を有する請求項２記載の発電用熱電変換モジュー
ル。3. The thermoelectric conversion module for power generation according to claim 2, further comprising pressing means for pressing the high-temperature-side metal heat transfer plate and the low-temperature-side metal heat transfer plate in directions approaching each other.
む請求項２又は３記載の発電用熱電変換モジュール。4. The thermoelectric conversion module for power generation according to claim 2, wherein said heat collecting means includes a plurality of heat collecting lenses.
又は３記載の発電用熱電変換モジュール。5. A method according to claim 2 wherein the heat collecting means comprises a heat absorbing film
Or the thermoelectric conversion module for power generation according to 3 .
にかつ熱的には並列に結合してなる熱電変換本体と、該
熱電変換本体をその両端面で挟む高温側金属製熱伝達板
および低温側金属製熱伝達板とを有する発電用熱電変換
モジュールにおいて、 前記熱電変換素子として、Ｎ型熱電半導体素子とＰ型熱
電半導体素子との一対を、螺子孔をもつ１枚の素子内金
属セグメントと２個の金属ブロックとで挟み接合してな
る熱電変換素子を含み、 前記熱電変換本体は、前記素子内金属セグメントとは対
向する側で前記複数個の熱電変換素子を電気的に結合す
る複数枚の素子外金属セグメントと；前記複数個の熱電
変換素子を前記複数枚の素子外金属セグメントに固定す
るための複数個の第１の固定螺子とを有し、前記複数枚
の素子外金属セグメントの各々には前記固定螺子の螺子
部を通すための貫通孔が空けられており、 前記高温側金属製熱伝達板には前記複数の第１の固定螺
子の頭部を収容するための複数の第１の収容孔が空けら
れており、前記素子内金属セグメントと前記低温側金属
製熱伝達板とは複数個の第２の固定螺子で固定され、前
記低温側金属製熱伝達板には前記複数個の第２の固定螺
子の頭部を収容するための複数の第２の収容孔が空けら
れており、前記高温側金属製熱伝達板と前記熱電変換本
体との間および前記低温側金属製熱伝達板と前記熱電変
換本体との間にはそれぞれ絶縁シートが挟まれているこ
とを特徴とする発電用熱電変換モジュール。6. A thermoelectric conversion body comprising a plurality of thermoelectric conversion elements electrically connected in series and thermally in parallel, and a high-temperature-side metal heat transfer sandwiching the thermoelectric conversion body between both end surfaces. In the thermoelectric conversion module for power generation having a plate and a heat transfer plate made of a low-temperature metal, a pair of an N-type thermoelectric semiconductor element and a P-type thermoelectric semiconductor element is used as the thermoelectric conversion element in one element having a screw hole. A thermoelectric conversion element formed by sandwiching and joining the metal segment and the two metal blocks, wherein the thermoelectric conversion body electrically couples the plurality of thermoelectric conversion elements on a side facing the metal segment in the element. A plurality of external element segments; and a plurality of first fixing screws for fixing the plurality of thermoelectric conversion elements to the plurality of external element segments. Metal segment Each of the fixing screws has a through hole for passing a screw portion of the fixing screw, and the high-temperature side metal heat transfer plate has a plurality of first fixing screws for accommodating heads of the plurality of first fixing screws. The first metal hole and the low-temperature-side metal heat transfer plate are fixed with a plurality of second fixing screws, and the low-temperature-side metal heat transfer plate has the plurality of holes. A plurality of second accommodation holes for accommodating the heads of the second fixing screws are provided, and a plurality of second accommodation holes are provided between the high-temperature-side metal heat transfer plate and the thermoelectric conversion main body and the low-temperature-side metal. A thermoelectric conversion module for power generation, wherein an insulating sheet is interposed between the heat transfer plate and the thermoelectric conversion body.
れた集熱手段を有することを特徴とする請求項６記載の7. The method according to claim 6, wherein said heat collecting means is provided.
発電用熱電変換モジュール。Thermoelectric conversion module for power generation.
金属製熱伝達板とを互いに近接する方向に押圧する押圧Pressing to press the metal heat transfer plate and the direction close to each other
手段を有する請求項７記載の発電用熱電変換モジューThe thermoelectric conversion module for power generation according to claim 7, comprising means.
ル。Le.
む請求項７又は８記載の発電用熱電変換モジュール。The thermoelectric conversion module for power generation according to claim 7 or 8.
７又は８記載の発電用熱電変換モジュール。The thermoelectric conversion module for power generation according to 7 or 8.
列にかつ熱的には並列に結合してなる熱電変換本体と、
該熱電変換本体をその両端面で挟む高温側金属製熱伝達
板および低温側金属製熱伝達板とを有する発電用熱電変
換モジュールにおいて、 前記熱電変換素子として、一端面で互いに接触したＮ型
熱電半導体素子とＰ型熱電半導体素子の他端面を螺子孔
をもつ金属ブロックで挟み接合してなる熱電変換素子を
含み、 前記熱電変換本体は、前記複数個の熱電変換素子を、そ
れらを間に挟んだ状態で、電気的に結合する複数枚の金
属セグメントと；前記複数個の熱電変換素子を前記複数
枚の金属セグメントに固定するための複数個の固定螺子
とを有し、前記複数枚の金属セグメントの各々には前記
固定螺子の螺子部を通すための貫通孔が空けられてお
り、 前記高温側金属製熱伝達板および前記低温側金属製熱伝
達板の各々には前記複数の固定螺子の頭部を収容するた
めの複数の収容孔が空けられており、前記高温側金属製
熱伝達板と前記熱電変換本体との間および前記低温側金
属製熱伝達板と前記熱電変換本体との間にはそれぞれ絶
縁シートが挟まれていることを特徴とする発電用熱電変
換モジュール。11. A thermoelectric conversion main body formed by connecting a plurality of thermoelectric conversion elements electrically in series and thermally in parallel,
A thermoelectric conversion module for power generation having a high-temperature-side metal heat transfer plate and a low-temperature-side metal heat transfer plate sandwiching the thermoelectric conversion main body at both end surfaces thereof, wherein the thermoelectric conversion element includes an N-type thermoelectric device in which one end surface is in contact with each other. A thermoelectric conversion element formed by sandwiching and joining the other end surfaces of the semiconductor element and the P-type thermoelectric semiconductor element with a metal block having a screw hole, wherein the thermoelectric conversion body sandwiches the plurality of thermoelectric conversion elements therebetween; A plurality of metal segments electrically coupled to each other in a fixed state; and a plurality of fixing screws for fixing the plurality of thermoelectric conversion elements to the plurality of metal segments. Each of the segments is provided with a through hole for passing a screw portion of the fixing screw, and each of the high-temperature-side metal heat transfer plate and the low-temperature-side metal heat transfer plate has the plurality of fixing screws. A plurality of accommodation holes for accommodating the portion are opened, between the high-temperature side metal heat transfer plate and the thermoelectric conversion body and between the low-temperature side metal heat transfer plate and the thermoelectric conversion body. Are thermoelectric conversion modules for power generation, each of which has an insulating sheet sandwiched between them.
られた集熱手段を有することを特徴とする請求項１１記12. The method according to claim 11, further comprising a heat collecting means.
載の発電用熱電変換モジュール。Thermoelectric conversion module for power generation.
側金属製熱伝達板とを互いに近接する方向に押圧する押Presses the side metal heat transfer plate in the direction
圧手段を有する請求項１２記載の発電用熱電変換モジュThe thermoelectric conversion module for power generation according to claim 12, further comprising a pressure unit.
ール。Rules.
含む請求項１２又は１３記載の発電用熱電変換モジューThe thermoelectric conversion module for power generation according to claim 12 or 13, which comprises:
ル。Le.
１２又は１３記載の発電用熱電変換モジュール。14. The thermoelectric conversion module for power generation according to 12 or 13.
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| JP10763195A JP3175038B2 (en) | 1995-05-01 | 1995-05-01 | Thermoelectric conversion module for power generation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10763195A JP3175038B2 (en) | 1995-05-01 | 1995-05-01 | Thermoelectric conversion module for power generation |
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1995
- 1995-05-01 JP JP10763195A patent/JP3175038B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH08306965A (en) | 1996-11-22 |
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